Die Entstehung von Wolken und ihre Rolle im Klimawandel sind bisher nur in Teilen verstanden. Jetzt haben Physiker erstmals einen tieferen Einblick in die Mechanismen der Kondensation an Aerosolpartikeln gewonnen. In Laborexperimente wiesen sie nach, dass diese schon an Partikeln im Nanobereich stattfindet. Die Ergebnisse dieses wissenschaftlichen Durchbruchs sind jetzt im Fachmagazin „Science“ veröffentlicht.
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Aerosolpartikel – ein Gemisch aus festen und/oder flüssigen Schwebeteilchen und Luft – spielen beim Klimawandel eine wichtige Rolle. Da sie für die Wolkenbildung verantwortlich sind, würde es ohne sie keine Wolken und damit keinen Wasserkreislauf geben. Ist die Atmosphäre mit Wasserdampf übersättigt, kondensiert dieser Wasserdampf an Aerosolpartikeln, bildet Tröpfchen und in der Folge Wolken. Die Kondensation von Wasserdampf findet jedoch nur an ganz bestimmten Aerosolpartikeln statt.
Modellversuch in der Expansionskammer
Dem Aerosolphysiker Physiker Paul Wagner und seinem Team von der Universität Wien ist nun insofern ein Durchbruch gelungen, als dass sie erstmals in Modellexperimenten die Kondensation an Aerosolpartikeln im Nanobereich sichtbar machen konnten. “Im Bereich von einem Nanometer bestehen die Aerosolpartikel aus Molekül-Clustern“, so Paul Wagner: „Da wir die Partikel in ihren einzelnen Bestandteilen sehen, können wir nun beobachten, wie Wolkenkondensationskerne entstehen.“ Das Forschungsteam kann also entschlüsseln, welche Kriterien Aerosolpartikel zu erfüllen haben, damit sich Wolken bilden.
In der Expansionskammer erzeugten die Forscher zuerst eine mit einem organischen Dampf gesättigte Atmosphäre, dann brachten sie die Nanopartikel, also Aerosolpartikel in Nanometergröße, ein. Innerhalb von wenigen Millisekunden wird dann durch Expansion Dampfübersättigung erzeugt. Mit Hilfe eines Lasers werden nun jene Teilchen sichtbar, an denen sich Tröpfchen bilden und in der Folge Wolkenkondensationskerne heranwachsen. „Dieser Vorgang mag recht simpel klingen, dahinter steckt aber unglaublich viel Arbeit. Allein die Entwicklung der Expansionskammer dauerte Jahre“, so Wagner.
Kondensation schon an kleinsten Nanopartikeln
Die Experimente in der Kammer lieferten die Grundlage für die neuen Erkenntnisse. Denn dadurch konnte belegt werden, dass sich Dampfmoleküle schon an Partikel im unteren Nanobereich anlagern und diese als Wolkenkondensationskerne aktivieren. „Die Bildung von Kondensationskernen haben wir bei unterschiedlichen Sättigungsgraden dokumentiert”, so Wagner. „Diese Daten werden KlimaforscherInnen helfen, die Wolkenbildung besser zu verstehen.“
(Universität Wien, 07.03.2008 – NPO)
